【文章內(nèi)容簡介】 r之間的導納關(guān)系可表示為 （）對比式（）和式（）可以發(fā)現(xiàn)，對于n臺并網(wǎng)逆變器并聯(lián)系統(tǒng)，電網(wǎng)阻抗在并網(wǎng)逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中存在耦合效應。在相同的工作條件下，即當各臺并網(wǎng)逆變器的輸出側(cè)電壓ur1=ur2=…=urn=ur0時，電網(wǎng)阻抗Lg被放大了n倍，等效于每臺并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的等效電路模型如圖215所示。圖215 單相并網(wǎng)逆變器并聯(lián)系統(tǒng)等效電路模型3 課題研究內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)難點本文基于APF、PWM整流和新能源并網(wǎng)三個系統(tǒng)，主要研究LCL濾波器無源阻尼法設(shè)計、三種有源阻尼法在三種場合下的選擇原則和采用SiC材料的新型器件對LCL濾波器參數(shù)設(shè)計的影響三個方面的內(nèi)容。論文的主要工作如下：（1）無源阻尼法的設(shè)計基于APF系統(tǒng)研究LCL濾波器無源阻尼法設(shè)計，阻尼電阻可以分別串聯(lián)（并聯(lián)）在逆變器側(cè)電感、濾波電容和網(wǎng)側(cè)電感三個器件上面，實現(xiàn)對諧振的抑制，但是阻尼電阻的增加對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、濾波器的濾波效果對會產(chǎn)生影響，同時阻尼電阻會產(chǎn)生額外的功率損耗，基于阻尼電阻對以上三個方面產(chǎn)生的影響，分別通過系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度和濾波器的開關(guān)次及其倍頻處諧波電流衰減能力選擇阻尼電阻的取值，通過阻尼電阻產(chǎn)生的功率損耗選擇電阻的電阻功率；（2）有源阻尼法在三種場合的選擇原則有源阻尼法可以解決無源阻尼法帶來的額外功率損耗問題，但是有源阻尼法需要改變系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性有一定影響。在PWM整流、APF和新能源逆變系統(tǒng)三個不同的場合下，更需要根據(jù)不同場合的具體環(huán)境選擇和設(shè)計合理的有源阻尼法；（3）采用SiC材料的開關(guān)器件時LCL濾波器設(shè)計采用新型的SiC材料的開關(guān)器件，其能承受更高等級的電壓和開關(guān)頻率，若更高的開關(guān)頻率電流進入電網(wǎng)，會在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生嚴重的壓降，導致電網(wǎng)電壓畸變，傳統(tǒng)的開關(guān)器件不存在這樣的問題，調(diào)整LCL濾波器的設(shè)計是避免電網(wǎng)電壓畸變的有效手段。本課題研究內(nèi)容的創(chuàng)新性主要有以下三點：（1）深入分析無源阻尼電阻對系統(tǒng)穩(wěn)定性、濾波效果和功率損耗三方面的影響，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和對開關(guān)次及其倍頻處諧波電流的衰減能力的前提下，選擇合適電阻值，在一定程度上降低了功率損耗，并且對電阻功率規(guī)格的選取給出了參考依據(jù)；（2）目前論文中提到的有源阻尼方式都是在特定的場合，直接給出阻尼方法并驗證其正確性，但是沒有對有源阻尼法的設(shè)計機理進行分析，本文對不同場合下的兩種有源阻尼法設(shè)計原則進行詳細的分析研究；（3）采用SiC材料的開關(guān)器件是近幾年應用于變流器中的，其器件特性特別是開關(guān)頻率對LCL濾波器的參數(shù)和阻尼方法的設(shè)計都會存在一定的影響，究采用SiC材料的開關(guān)器件，有助于改進LCL濾波器參數(shù)和阻尼方法的設(shè)計。本課題研究的內(nèi)容需要解決的問題有以下幾點：（1）編寫以阻尼電阻為自變量，以閉環(huán)系統(tǒng)的幅值裕度和相位裕度為因變量的程序，分析系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度隨阻尼電阻值的變化而變化的關(guān)系；編寫以阻尼電阻為自變量，以閉環(huán)系統(tǒng)的開關(guān)次及其倍頻次諧波電流衰減能力為因變量的程序，分析系統(tǒng)的濾波器衰減比例隨阻尼電阻值的變化而變化的關(guān)系；綜合以上兩個關(guān)系，得到阻尼電阻值的取值范圍；（2）搭建PWM整流、APF和新能源并網(wǎng)三種系統(tǒng)的仿真模型，建立閉環(huán)系統(tǒng)傳函，通過系統(tǒng)的各種狀態(tài)變量研究LCL濾波器在三種場合的設(shè)計原則，在此理論基礎(chǔ)上進行仿真和實驗驗證；（3）在Simulink環(huán)境下模擬SiC器件的高開關(guān)頻率對電網(wǎng)電壓的畸變影響，設(shè)計合適的LCL參數(shù)，確證電網(wǎng)電壓基本不受開關(guān)次及其倍頻次諧波的影響。4 課題研究計劃、技術(shù)路線及方案 研究工作的總體安排和進度目前已完成的工作：（1）閱讀文獻，了解國內(nèi)外現(xiàn)有成果，完成有關(guān)有源電力濾波系統(tǒng)中LCL濾波器的文獻收集；（2）在Simulink環(huán)境下完成了對有源電力濾波系統(tǒng)的仿真搭建，對LCL濾波器的傳統(tǒng)參數(shù)設(shè)計方法進行了研究，分析了在電容支路串電阻時其對濾波效果和功率損耗的影響；（3）完成了對虛擬電阻法和電容電流反饋法兩種有源阻尼法理論推導和仿真驗證；表41剩余工作安排起止日期階段工作內(nèi)容及計劃完成的指標~研究無源阻尼法的設(shè)計，在給定穩(wěn)定裕度和衰減能力的情況下，通過計算得到電阻值和電阻功率~研究兩種有源阻尼法在是三種應用場合的選擇原則，明確給出在三種場合的有源阻尼法的選擇指標~探究采用SiC材料的新型器件對LCL濾波器設(shè)計的影響，給出產(chǎn)生影響的理論分析和相應的參數(shù)設(shè)計改進~進行仿真和實驗驗證~相關(guān)資料整理工作和完成論文初稿~完善論文，準備答辯本文要對APF、PWM整流和新能源并網(wǎng)三種場合下的LCL濾波器進行分析研究，在介紹課題的方案及擬采用的方法和手段時以APF系統(tǒng)為例。（1）建立APF系統(tǒng)APF系統(tǒng)并聯(lián)在電網(wǎng)中是為了濾除電網(wǎng)中的6K177。1次諧波的，其整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括諧波檢測環(huán)節(jié)、電流跟蹤控制環(huán)節(jié)和電流逆變調(diào)制環(huán)節(jié)三個部分，調(diào)制得到的諧波補償電流經(jīng)過LCL濾波器進入電網(wǎng)。其整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如 圖所示。其中諧波檢測環(huán)節(jié)采用ipiq法，電流控制環(huán)節(jié)采用PR比例諧振控制器，逆變環(huán)節(jié)采用SVPWM方法進行調(diào)制。在系統(tǒng)建立完成后，選擇合適的系統(tǒng)參數(shù)，其中電網(wǎng)電壓Es=380V，電容電壓Udc=800V，開關(guān)頻率fs=10KHz，電網(wǎng)等效阻抗Ls=。LCL濾波器的參數(shù)經(jīng)過傳統(tǒng)設(shè)計方式選取為，逆變器側(cè)電感L1=，濾波電容Cf=2μF，電網(wǎng)側(cè)電感L2=。圖41并聯(lián)APF系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（2）在建立的并聯(lián)APF系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對LCL濾波器的無源阻尼法進行研究，無源阻尼可以分別串聯(lián)（并聯(lián)）在LCL濾波器的三個電器元件上，以電容支路串電阻為例。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖42所示，通過系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖可以寫出閉環(huán)傳函如式（41）。圖42 電容支路串電阻的APF系統(tǒng) 式（41）其中GPR(s)為PR控制器的傳函，GPWM(s)為逆變器的傳函，一般可以當做延時環(huán)節(jié)處理，Ginv(s)為LCL濾波器傳函。根據(jù)計算得到的傳函，調(diào)節(jié)阻尼電阻的大小，分別畫出穩(wěn)定裕度（幅值或相位）和開關(guān)次諧波衰減比例的變化曲線，分別得到系統(tǒng)臨界穩(wěn)定時的電阻值和系統(tǒng)所需要的最小衰減比例所對應的電阻值，求取既能保證系統(tǒng)穩(wěn)定又能滿足衰減比例的電阻取值范圍。憑借此電阻取值范圍，在系統(tǒng)給定穩(wěn)定裕度和衰減比例的前提下，選取合適的阻尼電阻值，最后根據(jù)系統(tǒng)的補償電流大小，確定電阻功率。（3）研究電容電流反饋法和電容電壓反饋法兩種有源阻尼法在APF、PWM整流和新能源逆變?nèi)N場合的設(shè)計原則，通過反饋控制原理對兩種有源阻尼法的設(shè)計機理進行理論分析，搭建PWM整流系統(tǒng)和新能源逆變仿真系統(tǒng)，在Simulink環(huán)境對三種系統(tǒng)進行驗證，并在實驗平臺上進行實驗驗證。（4）研究采用SiC新型材料的開關(guān)器件特性，理論分析開關(guān)頻率次諧波電流進入電網(wǎng)帶來的壓降問題，研究LCL對開關(guān)頻率諧波衰減比與電網(wǎng)電壓畸變的關(guān)系，調(diào)整LCL濾波器的參數(shù)和阻尼方法的反饋函數(shù)，保證電網(wǎng)電壓畸變率在8%以下。5 課題的預期效果（1）針對無源阻尼法，根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定性、高頻濾波效果和功率損耗三方面的要求，給出阻尼電阻的取值范圍；（2）針對有源阻尼法，根據(jù)APF、PWM整流和新能源逆變?nèi)N場合下不同的補償需要，給出對應的LCL參數(shù)和阻尼方法的設(shè)計；（3）針對采用SiC材料的拓撲結(jié)構(gòu)，研究其對電網(wǎng)電壓的影響，根據(jù)影響情況給出新的LCL參數(shù)設(shè)計方法；6 課題研究難點及解決方案（1）本課題要在APF、PWM整流和新能源逆變?nèi)N場合下對比LCL參數(shù)和阻尼方法的設(shè)計，故三種環(huán)境下的逆變器輸出特性是研究難點。針對此難點，擬先確定三種場合各自的系統(tǒng)參數(shù)，通過理論分析和仿真驗證來確定各自的輸出特性及其其他特性。（2）本課題需要考慮新型器件的特性對電網(wǎng)電壓的影響，采用SiC材料的新型器件的器件特性是第二個研究難點。針對此難點，擬搭建實驗平臺，通過實驗，檢測SiC材料MOSFET的各項特性。7 課題估計工作量本課題以LCL濾波器為研究對象，主要對其在不同場合下的參數(shù)設(shè)計原則、阻尼方法的設(shè)計和采用SiC材料的新型器件情況下參數(shù)和阻尼方法的設(shè)計三個方面進行研究。目前已完成了APF仿真系統(tǒng)的搭建，利用傳統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計法進行了參數(shù)設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的濾波。在以上完成的基礎(chǔ)上，本課題將進一步探究LCL濾波器在PWM整流和新能源逆變環(huán)境下的參數(shù)和阻尼方法不同，根據(jù)不同場合不同的補償特性，對參數(shù)設(shè)計和阻尼方法進行合理的修正，并且在傳統(tǒng)的無源阻尼法的基礎(chǔ)上，基于系統(tǒng)的穩(wěn)定性、高頻濾波效果和功率損耗三方面的要求，對無源阻尼電阻進行了重新設(shè)計。另外，采用SiC材料的開關(guān)器件目前國內(nèi)研究尚淺，通過探究其特性，與傳統(tǒng)的開關(guān)器件進行對比，得出其對系統(tǒng)性能特別是電網(wǎng)電壓的影響，對LCL濾波器的設(shè)計進行合理修正。本課題在完成以上理論分析和仿真驗證的工作后，通過實驗平臺對其進行驗證。綜上所述，工作量飽滿，符合要求。 參考文獻[1] 趙仁德，趙強，李芳，等. 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